中國聯(lián)通SDN的思考和應(yīng)用實(shí)例

程瑩

摘要：通過對電信級軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)、目標(biāo)部署架構(gòu)，以及引入SDN場景的介紹，認(rèn)為SDN的引入需考慮業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的實(shí)際需求以及對應(yīng)技術(shù)的成熟程度，在不同域的網(wǎng)絡(luò)逐步進(jìn)行。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)并不意味著完全摒棄傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，而是需要漸進(jìn)式地繼續(xù)堅(jiān)持IP基礎(chǔ)技術(shù)體系，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向IT化轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞： 軟件定義網(wǎng)絡(luò)；云計(jì)算；目標(biāo)部署架構(gòu)；數(shù)據(jù)中心

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）的應(yīng)用，已逐步從最初的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展至通信網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)領(lǐng)域?？刂婆c轉(zhuǎn)發(fā)相分離的核心思想，一方面通過控制器處理能力的提升和北向接口的開放使得網(wǎng)絡(luò)更加智能化，另一方面電信級轉(zhuǎn)發(fā)能力要求迅速實(shí)現(xiàn)硬件的標(biāo)準(zhǔn)化，從而降低建設(shè)成本。

對于傳統(tǒng)電信運(yùn)營商而言，SDN的部署和應(yīng)用不應(yīng)是簡單替代傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的“革命式”轉(zhuǎn)型，而應(yīng)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，逐步演進(jìn)[1-3]。對新建網(wǎng)絡(luò)可采用基于SDN技術(shù)的解決方案，對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)則可通過SDN控制器及編排器與網(wǎng)管系統(tǒng)相結(jié)合，逐步實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一控制。

以中國聯(lián)通的實(shí)際部署為例，SDN的引入需根據(jù)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的實(shí)際需求以及對應(yīng)技術(shù)的成熟程度，在不同域的網(wǎng)絡(luò)逐步引入，不可一蹴而就。

1 電信級SDN網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)部署架構(gòu)

1.1 主要目標(biāo)

以中國聯(lián)通為例，運(yùn)營商引入SDN的主要目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能化和自動(dòng)化，打造以軟件為核心，面向客戶、業(yè)務(wù)和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)[4]，具體內(nèi)容包括：

（1）通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)能力的抽象；通過操作系統(tǒng)化的控制平面，將網(wǎng)絡(luò)能力開放；提供網(wǎng)絡(luò)可編程能力，實(shí)現(xiàn)快速的業(yè)務(wù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新；通過業(yè)務(wù)應(yīng)用程序（APP），實(shí)現(xiàn)用戶自主業(yè)務(wù)的開通以及調(diào)整。

（2）通過集中的控制平面，以全局視野，進(jìn)行快速集中的路徑計(jì)算，實(shí)現(xiàn)全局資源、路徑、流量的高效調(diào)度、配置和優(yōu)化；快速進(jìn)行業(yè)務(wù)的發(fā)放和動(dòng)態(tài)調(diào)整，縮短用戶業(yè)務(wù)需求的響應(yīng)時(shí)間。

（3）通過集中的控制平面，標(biāo)準(zhǔn)化的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，靈活適應(yīng)業(yè)務(wù)和資源的動(dòng)態(tài)調(diào)整需求，靈活滿足各種組合型業(yè)務(wù)需求及部署。

（4）減少設(shè)備上協(xié)議及控制功能，降低設(shè)備成本。提高設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、互通兼容性，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與供應(yīng)商解耦，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。通過靈活快速的資源調(diào)度以及優(yōu)化，提升全網(wǎng)資源的利用率，從而降低網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的成本。

1.2 目標(biāo)部署架構(gòu)

傳統(tǒng)電信運(yùn)營商通?；A(chǔ)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大，以中國聯(lián)通為例，現(xiàn)網(wǎng)是按照地市、省內(nèi)骨干、省際骨干3個(gè)層次組網(wǎng)和分域管理的。隨著云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)將逐步向以數(shù)據(jù)中心為核心，實(shí)現(xiàn)3級數(shù)據(jù)中心分層分域組網(wǎng)。SDN控制平面、管理平面、編排協(xié)同平面與之相對應(yīng)，宜采用分層分域的方式部署到各級數(shù)據(jù)中心中，從而保證網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性、可靠性、安全性。

依據(jù)前述演進(jìn)策略，SDN的轉(zhuǎn)發(fā)平面根據(jù)業(yè)務(wù)仍可保持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的分層級設(shè)計(jì)，分為地市、省內(nèi)/省際骨干2～3個(gè)層面，其中地市轉(zhuǎn)發(fā)平面可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的多少分為接入/匯聚/核心層。

傳統(tǒng)運(yùn)營商可能的SDN目標(biāo)架構(gòu)如圖1所示。其中，分域、分層的SDN網(wǎng)絡(luò)需要由不同的控制器來控制，并通過跨專業(yè)的編排協(xié)同層完成跨層編排和調(diào)度，這樣的設(shè)計(jì)根據(jù)需要可能分為多級，從而實(shí)現(xiàn)端到端的服務(wù)。業(yè)務(wù)編排/協(xié)同器以面向客戶和業(yè)務(wù)的管理控制為主，能夠根據(jù)預(yù)定的業(yè)務(wù)模板，將用戶錄入的業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)化為針對不同域的控制命令，下發(fā)給各域控制器，實(shí)現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)的配置，從而能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)不同域或不同專業(yè)、不同廠商之間控制器的協(xié)同。

運(yùn)營支撐系統(tǒng)（OSS）內(nèi)的工單、電子運(yùn)維、客戶管理等子系統(tǒng)需要與SDN的控制平面、編排協(xié)同平面和應(yīng)用平面交互信息，這種信息交互應(yīng)通過外部接口實(shí)現(xiàn)。

SDN網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，在專線業(yè)務(wù)提供等方面發(fā)生較大變化，如將提供客戶在線自助業(yè)務(wù)訂購、自助帶寬調(diào)整、臨時(shí)帶寬調(diào)整、帶寬日歷等實(shí)時(shí)新業(yè)務(wù)。需要業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)（BSS）在計(jì)費(fèi)、出賬、訂購、確認(rèn)、退訂等方面進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)開通實(shí)時(shí)性、業(yè)務(wù)需求實(shí)時(shí)變化、自助實(shí)時(shí)賬單查詢等功能的支持。

2 數(shù)據(jù)中心交換網(wǎng)絡(luò)引入SDN場景

SDN技術(shù)最早應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心內(nèi)和數(shù)據(jù)中心間的網(wǎng)絡(luò)中，目前用于數(shù)據(jù)中心交換網(wǎng)絡(luò)的SDN交換機(jī)技術(shù)較為成熟。因此，運(yùn)營商引入SDN網(wǎng)絡(luò)也常常是從數(shù)據(jù)中心的相關(guān)場景開始。

以中國聯(lián)通為例，數(shù)據(jù)中心的布局包括骨干基地?cái)?shù)據(jù)中心、區(qū)域中心數(shù)據(jù)中心、邊緣數(shù)據(jù)中心3層架構(gòu)，骨干基地?cái)?shù)據(jù)中心和區(qū)域中心數(shù)據(jù)中心規(guī)模都比較大，數(shù)據(jù)中心內(nèi)建有獨(dú)立的交換網(wǎng)絡(luò)，這些數(shù)據(jù)中心內(nèi)的交換網(wǎng)絡(luò)可按照一個(gè)域進(jìn)行SDN改造，如圖2場景1所示[5]。邊緣數(shù)據(jù)中心一般利用城域機(jī)房建設(shè)，利用多個(gè)城域機(jī)房的空間組建數(shù)據(jù)中心（DC）資源池，滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。邊緣數(shù)據(jù)中心池多個(gè)機(jī)房間通過二層VXLAN網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)的交換網(wǎng)絡(luò)連通，數(shù)據(jù)中心資源池的所有交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也可以按照一個(gè)網(wǎng)絡(luò)域進(jìn)行SDN改造，如圖2所示。

2.1 場景1：骨干和區(qū)域數(shù)據(jù)中心場景

骨干和區(qū)域中心數(shù)據(jù)中心一般可單域組網(wǎng)，每個(gè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)的交換網(wǎng)絡(luò)按一個(gè)網(wǎng)絡(luò)域組網(wǎng)，通過單域控制器進(jìn)行控制。

2.2 場景2：城域數(shù)據(jù)中心資源池場景

城域數(shù)據(jù)中心則可采用多機(jī)房虛擬數(shù)據(jù)中心的方式，即多個(gè)機(jī)房虛擬成一個(gè)數(shù)據(jù)中心。多個(gè)數(shù)據(jù)中心局點(diǎn)的交換網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)域，可以通過一個(gè)單域控制器進(jìn)行控制。在南向接口尚不規(guī)范和開放的情況下，需要每個(gè)廠商配套建設(shè)單域控制器，通過多域控制器實(shí)現(xiàn)對整個(gè)數(shù)據(jù)中心資源池中的交換網(wǎng)絡(luò)的控制；當(dāng)南向接口已經(jīng)規(guī)范并開放后，則可采用單域控制器實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心資源池的所有交換設(shè)備的統(tǒng)一控制。

在向SDN網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過程中，新建機(jī)房可直接采用支持SDN的交換設(shè)備。已有數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展情況（機(jī)架出租型、云數(shù)據(jù)中心等）和需求，逐步采用SDN的設(shè)備進(jìn)行替換升級。

3 本地綜合承載傳送網(wǎng)引入SDN場景

本地綜合承載傳送網(wǎng)（UTN）屬于本地層面的網(wǎng)絡(luò)，基于IP/多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，并且支持MPLS-TP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，對運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)具有普遍的適用性。中國聯(lián)通自2012年起已在全國300多個(gè)本地網(wǎng)中大規(guī)模開展了UTN的建設(shè)，主要定位于承載2G、3G以及長期演進(jìn)（LTE）等移動(dòng)回傳業(yè)務(wù)，核心匯聚層主要定位于邊緣流量的匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)，接入層位于網(wǎng)絡(luò)邊緣，用于提供靈活的業(yè)務(wù)接入[6]。

在UTN領(lǐng)域引入SDN，可促進(jìn)運(yùn)維簡化，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)虛擬化，集中控制路由策略，便于跨層、跨域互通。UTN引入SDN宜以本地網(wǎng)為單位，是一個(gè)支持SDN功能的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備與現(xiàn)有UTN網(wǎng)絡(luò)共同組網(wǎng)逐步演進(jìn)的過程。其中，新增網(wǎng)元可以采用支持SDN相關(guān)規(guī)范和功能的產(chǎn)品，現(xiàn)有網(wǎng)元應(yīng)通過對網(wǎng)元和網(wǎng)管系統(tǒng)的南、北向接口進(jìn)行功能升級和擴(kuò)展，將網(wǎng)絡(luò)能力開放給單域控制器或多域控制器，實(shí)現(xiàn)SDN控制器對新老網(wǎng)元的統(tǒng)一控制。

UTN引入SDN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

3.1 實(shí)驗(yàn)性部署階段

在初期實(shí)驗(yàn)性部署階段，管理平面和單域控制器都在本地部署，通過多域控制器實(shí)現(xiàn)多域網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制。這個(gè)階段又分為2個(gè)過程：第1個(gè)過程是針對新型采用SDN技術(shù)的UTN設(shè)備組建試驗(yàn)網(wǎng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，控制器僅對新增的SDN-UTN設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制，并通過迭代開發(fā)實(shí)現(xiàn)功能完善；第2個(gè)過程是進(jìn)行現(xiàn)網(wǎng)UTN網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管功能和設(shè)備功能的升級和擴(kuò)展，開發(fā)網(wǎng)管與控制器的接口，更好地實(shí)現(xiàn)控制器對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和新建設(shè)備的統(tǒng)一控制。

3.2 規(guī)模部署階段

在規(guī)模部署階段，單域控制器和網(wǎng)管可根據(jù)各省具體情況，按地市部署或按省集中部署，通過多域控制器實(shí)現(xiàn)對每個(gè)本地網(wǎng)的統(tǒng)一控制。

跨本地網(wǎng)的業(yè)務(wù)，需要經(jīng)過IP承載網(wǎng)，這需要待IP承載網(wǎng)采用SDN技術(shù)升級后，由編排協(xié)同器實(shí)現(xiàn)對跨UTN、IP承載網(wǎng)的相關(guān)業(yè)務(wù)的統(tǒng)一協(xié)同控制。

4 結(jié)束語

在傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)日漸式微的今天，全球主流運(yùn)營商紛紛加入了IT化、軟件化的轉(zhuǎn)型。SDN/NFV等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正逐漸成為構(gòu)建新興網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的主要技術(shù)選擇，云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的逐步成熟也促進(jìn)了電信網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。然而，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)并不意味著完全摒棄傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，長期以來傳統(tǒng)架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和運(yùn)營模式勢必保持相當(dāng)長時(shí)期的慣性，漸進(jìn)式地繼續(xù)堅(jiān)持IP基礎(chǔ)技術(shù)體系的同時(shí)，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向IT化轉(zhuǎn)型是更為穩(wěn)健的一種方式[7-9]。

在變革轉(zhuǎn)型的過程中，新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)勢必對運(yùn)營商的傳統(tǒng)管理模式以及運(yùn)營策略產(chǎn)生較大的沖擊，主要表現(xiàn)在：

（1）網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營模式正在從以設(shè)備為中心向以軟件為中心轉(zhuǎn)型。隨著控制和轉(zhuǎn)發(fā)的分離，網(wǎng)絡(luò)硬件資源正在逐步通用化，軟件功能也在逐步定制化。軟件功能從硬件中剝離后，采購模式將從縱向的軟硬件一體的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)元采購，轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向的通用基礎(chǔ)硬件、通用基礎(chǔ)軟件和定制化軟件的獨(dú)立采購。與此同時(shí)，與采購配套的售后技術(shù)服務(wù)也將隨之改變，軟件和硬件的維護(hù)和升級能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立進(jìn)行。

（2）在基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)框架基礎(chǔ)上，快速迭代的需求必將使得開源生態(tài)越來越繁榮。新時(shí)期的標(biāo)準(zhǔn)化和開源將互相滲透影響，代碼事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)將逐漸成為新的業(yè)態(tài)，越來越多的大型應(yīng)用系統(tǒng)將基于開源搭建。

（3）業(yè)務(wù)開發(fā)和運(yùn)營向一體化（DevOps）方向轉(zhuǎn)型。傳統(tǒng)的電信業(yè)務(wù)從需求到上線需要經(jīng)過需求分析、標(biāo)準(zhǔn)定制、開發(fā)驗(yàn)證、測試采購、部署交付、維護(hù)優(yōu)化等一系列繁復(fù)流程，且整個(gè)過程所需要的職能分散在運(yùn)營商的不同部門，需要大量時(shí)間用于跨部門、廠商的協(xié)同。由于SDN、NFV、云計(jì)算等基礎(chǔ)技術(shù)為屏蔽硬件差異化提供了可能，業(yè)務(wù)上線和運(yùn)營的小版本敏捷迭代需求將應(yīng)運(yùn)而生，開發(fā)和運(yùn)營的環(huán)境將逐步能夠融為一體。

基于上述分析，運(yùn)營商在向新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和運(yùn)營模式轉(zhuǎn)型的過程中，從以SDN為代表的支撐技術(shù)中獲取了控制承載分離、軟硬件解耦等優(yōu)勢的角度分析，也勢必需要為新的業(yè)務(wù)形態(tài)進(jìn)行全盤配套考慮。

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